夜雨聆风这个系列很大机会并不是你看的第一个讲AI供应链的文章/视频。
但我相信很多内容，要么默认你已经懂一堆底层术语，直接开始输出投资观点；要么就完全按科普思路展开，重点是把技术讲明白。技术当然重要，可站在投资研究的角度，很多时候我们真正想回答的，不只是”How it works”，而是”How big is the market? Where will it grow?”
所以，我一直想用一个更偏产业和投资的视角，把AI背后的基础设施从上游到下游重新梳理一遍。
先说清楚一点：本系列不构成任何投资建议。
AI不是孤立存在的。我们与ChatGPT的每一次对话，背后都是数据中心里一整套系统在持续运转：服务器在耗电，设备在折旧，机房在散热，电网在承压，系统还得保证7×24小时稳定运行，尽量降低延迟、避免数据出问题。
数据中心由无数的设备组成，而其中最核心、也往往最贵的，还是芯片。芯片的核心材料是硅，但光有硅还不够，光刻设备、先进制程、关键材料等等，都是制约芯片生产的瓶颈。再往下看，AI的应用也远不只是生成式AI，机器人、计算机视觉、预测系统，甚至很多传统工业场景的智能化，本质上都挂在这条链上。
（IEA）
也正因为这样，要把这个产业链完全厘清楚，横跨了材料、基建、制造、能源、工业等多个层面，是一个相当大的挑战。
不如我们就从最底层的地方说起。
从一粒硅说起
硅是地壳中含量仅次于氧、极其丰富（约占27%）的一种元素。你可能听说“沙子造芯”这种说法，但严格来说，人们并不会随便抓一把沙子拿去做芯片。更常见的起点，是从纯度足够高、形态稳定的石英矿或石英砂体系中进行复杂提纯。不过即便如此，硅石的储量依然极其丰富，丰富到并没有一个实际的储量统计。
（USGS）
2024年，全球工业硅（silicon metal）产量约550万吨（USGS数据，不含美国），其中中国贡献了超过80%。工业硅的纯度通常在98%到99.9%之间。这个纯度看起来已经很高了，但离芯片制造还差得很远。
这些工业硅里，很大一部分会流向硅铝合金和有机硅，只有20-30%会被继续提纯，进入多晶硅（polysilicon）环节。根据CPIA数据，2024年全球多晶硅产量约为196万吨，其中92%来自中国。到了多晶硅这一步，中国的主导地位反而更强了。
但问题在于，多晶硅不等于芯片用硅。
在多晶硅这个分支中，绝大部分用于制造太阳能光伏板，纯度在6N-9N之间。这里的“6N”或“9N”，说白了就是纯度里有几个“9”——对应99.9999%到99.9999999%。过去几年，在工艺快速优化、极端扩产后，光伏用多晶硅已经出现了明显的产能过剩。
而真正用于芯片制造的电子级多晶硅（electronic-grade polysilicon），纯度需要达到11N，也就是11个9——99.99999999999%。2024年，全世界电子级多晶硅产量也只有约3.9万吨，在整个多晶硅市场中，占比只有区区2%。
电子级多晶硅生产流程（鑫华半导体招股书）
普通多晶硅的现价大概是5.2美元/千克，而电子级多晶硅的价格则高达28美元/千克（SMM数据）。按这个口径粗算，电子级多晶硅本身其实只是一个十亿美元量级的小市场，但它往下撬动的，却是整个半导体产业。
过去很长时间里，电子级多晶硅的供应基本被几家国际厂商垄断，主要包括：
德国瓦克（Wacker，XTRA: WCH，市值约45亿美元）：相关产能约1.5-2万吨。除了电子级多晶硅，它还做很多硅基化学品和有机/高分子材料，比如硅橡胶、有机硅材料等其他硅化学品以及聚合物产品和生物技术产品。 美国赫姆洛克（Hemlock）：相关产能约1万吨。它也生产光伏级多晶硅。 日本德山（Tokuyama，TSE: 4043，市值约17亿美元）：相关产能约6000-8000吨。它同时也是综合化学公司，生产各种有机/无机化学品。
这个格局这两年开始出现松动。由协鑫集团孵化的鑫华半导体（科创板IPO中）成功研发出可用于14nm以下、12英寸硅片的电子级多晶硅并量产后，一举成为国内规模最大的电子级多晶硅生产商，产能已达到1.8万吨。公司2025年前三季度销量约1万吨，如此一来就占据中国超50%市场份额，客户涵盖了几乎所有待会我们要说到的国产硅片制造商。
这个关键行业能够出现国产替代，是一件让人欣喜的事情。不过，就像我之前说的，电子级多晶硅是一个虽关键、但体量并不大的市场。然而，它却需要极高的研究实力才能实现技术突破。我下面也会再次提到，不是所有电子级多晶硅都和AI扯上关系。那么，这个市场未来有多少需求，是不是个划算的生意，就留给各位自行斟酌吧。
非得是硅吗？
其实，世界上第一个晶体管是由与硅同族的锗（Ge）制成的。但硅很快就以更优秀的化学稳定性和更压倒性的资源优势，成为了芯片制造的首选。
当然，硅也不是完美材料。硅和锗属于间接带隙（band gaps）、窄带隙材料。间接带隙意味着电子跃迁时不易直接发光，而窄带隙意味着元件易导电，但耐高温、耐高压能力一般。换句话说，它们很适合做大规模集成电路，但在发光、高频、高温、高压这些场景里，就不一定是最优解。
于是，20世纪80年代诞生了以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表的第二代半导体，它们的特点是直接带隙，电子跃迁时直接发光，因此适合做发光器件。
近几年，碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体越来越普及。这些化合物具备宽带隙、直接带隙的特点，被广泛运用在高频、光通信、激光、卫星、雷达等场景中。
虽然我们称这些化合物为第二/三代，它们并没有比硅更高级，而只是在特定场景里更合适而已。硅晶圆依然是制造绝大部分半导体的不二选择，所以我们的目光也会集中在硅上。
从多晶硅到硅片，中间隔着一整套工艺
多晶硅再往下，才进入硅片，也就是晶圆（wafer）环节。
行业常规的做法是，先用直拉法（即柴可拉斯基法 Czochralski method，或CZ法）或区熔法（floating zone method，或FZ法）将多晶硅熔化，生长成棒状的单晶硅锭（monocrystalline silicon ingot）。区熔法纯度更高，但工艺复杂、成本也高，所以全球约九成的硅片还是由直拉法制备。
直拉法（左）和区熔法（右）（中晶科技招股书）
直拉法技术虽然成熟，但有个大麻烦：多晶硅需要被熔化在一口石英坩埚里，这口锅如果不够纯，杂质就会直接带进晶体里。
硅元素本身不稀缺，但制造芯片所需要的石英坩埚，却要求使用高纯度石英矿（HPQ, high-purity quartz），对二氧化硅纯度要求极高。目前，全球高端HPQ的供应基本集中在比利时的西比科（Sibelco，ENXTBR: 094426466）和美国的The Quartz Corp这两家公司，而它们的矿源，都来自美国北卡罗来纳州的Spruce Pine，这里的石英砂纯度高达99.999%。
供应风险尚未显现，但不代表它不存在。我们可以从石英坩埚供应商欧晶科技（SZSE: 001269）的披露中感受一下：
（欧晶科技招股说明书）
得到单晶硅锭后，再经过切片slicing、研磨grinding、抛光polishing等工序，就形成了抛光片（polished wafer）。你可以简单地理解成，将圆柱体切成一片片薄片，再把表面处理到足够平整、光滑。
抛光片已经可以直接拿来制造部分半导体器件，但由于表面仍存在微小缺陷，往往难以满足高端器件对表面质量、掺杂分布和电学性能的更高要求。
因此，厂商会把抛光片作为衬底（substrate），通过气相外延（VPE）等方式，在表面新生长出一层电阻率、厚度和掺杂浓度可控的单晶硅外延层，从而形成外延片（epitaxial wafer）。外延片常用于功率器件、模拟芯片、图像传感器等领域。
另一类相对小众、技术门槛更高的是SOI 硅片（silicon-on-insulator 绝缘体上硅）。它的做法，是在硅层与衬底之间引入一层绝缘层制成。这样做之后，寄生电容更低、速度更快、功耗更低，抗干扰能力也更强，因此常被用于射频芯片、高性能逻辑芯片、超低功耗芯片，以及部分MEMS和光电器件。
这些眼花缭乱的半导体器件，我打算在之后的文章里具体展开。现在我们只需要知道，硅片不是一个标准化到完全同质的产品，它和下游器件类型、工艺节点、性能要求，是强绑定的。
硅片为何越做越大？
主流的硅片按照直径，大体分为12英寸（300mm）、8英寸（200mm）、6英寸（150mm）等。直径越大，一片晶圆上能切出的芯片数量通常就越多，单位成本也更容易摊薄。比如，12英寸的直径是8英寸的1.5倍，而晶圆面积则为12²/8² = 2.25倍。因此，12英寸早早就成为了主流，广泛应用在90nm以下的工艺制程。
（SEMI）
你可能好奇，既然12英寸更容易摊薄单位成本，为什么不索性都采用12英寸？
事实是，第一，8英寸及以下的的生产线投产时间早，很多设备已经折旧得差不多了，实际制造成本其实更低。第二，这些工艺足够成熟，良率可控，很适合那些不追求最先进节点、但极度看重成本、良率和供应稳定性的器件。第三，不是所有芯片都有超大批量的需求，小尺寸硅片足以应付。
在这种背景下，功率器件、电源管理器、非易失性存储器、MEMS、显示驱动芯片与指纹识别芯片等，仍广泛采用8英寸及以下的硅片制造。
根据SEMI数据，2024年全球半导体硅片出货面积达到122.66亿平方英尺，年销售额115亿美元。其中，12英寸硅片贡献了2024年总出货面积的75%以上。SEMI也预计2026年12英寸硅片需求将超过1,000万片/月。
和电子级多晶硅类似，半导体硅片80-90%的市场份额基本上被“五大厂”瓜分：包括
日本的信越化学（Shin-Etsu, TSE: 4063，市值约810亿美元）：包含半导体硅片的电子材料（Electronics Materials）分部占总营收约30% 日本的胜高（SUMCO, TSE: 3436，市值约47亿美元） 中国台湾的环球晶圆（GlobalWafers, TPEX: 6488，市值约77亿美元） 德国的世创电子（Siltronic, XTRA: WAF，市值约24亿美元） 韩国的SK Siltron（隶属于SK（KRX: 034730））
这几家公司中，信越化学除了半导体硅片，也供应一整套半导体相关材料，包括光刻胶（photoresists）、光掩模（photomask）、封装材料（encapsulants）等。其他几家公司则基本专注于硅晶圆或化合物晶圆的制造。公开资料查到的产能数据都不大靠谱，我这里就不列出了。
你瞧，到了这个层级，已经不是一个“小而美”的材料市场，而是足以支撑好几个数十亿美元市值公司的成熟赛道。
当然，国产替代也在往前走，而且已经开始从“技术突破”走向“商业兑现”。
其中，西安奕材（SHSE: 688783，市值约134亿美元）核心押注12英寸硅片，2024年末产能已高达71万片/月，月均出货量突破52万片/月，占全球月均出货量的6%，已经是国内一线逻辑晶圆厂和IDM厂商的第一或第二大供应商。它的客户包括联华电子（UMC）、力积电（PSMC）、格罗方德（GlobalFoundries）以及其他未披露的全球一线晶圆厂。公司预计2026年可实现120万片/月产能。
沪硅产业（SHSE: 688126，市值约88亿美元）则通过子公司上海新昇，较早实现了12英寸半导体硅片规模化量产。2024年，沪硅产业收入达到33.2亿人民币，其中约二分之三来自12英寸硅片，相关全年出货量超500万片。公司的客户不仅包括中芯国际、华虹宏力、华力微电子、华润微等国内主要晶圆厂，也涵盖了台积电（TSMC）、联华电子、格罗方德、意法半导体（STMicroelectronics）、Towerjazz等知名厂商。目前，公司的12英寸硅片正在扩产至120万片/月。
TCL 中环/中环领先（SZSE: 000100，市值约129亿美元）的路径则有点不同。大家更熟悉它在光伏硅片上的地位，但它在半导体硅片上也已布局多年。2025年，公司半导体硅片出货量达到1.2亿平方英寸，实现营业收入57.07亿元（占总收入约20%）。它的12英寸硅片已经通过台积电、英飞凌（Infeneon）认证，目前也在朝着100万片/月的产能继续推进。
国内12英寸硅片厂商产能情况（观研天下2025年8月）
随着这么多家公司扩产完成，这个行业想必会变得越来越卷吧。最后活下来的，必然是工艺最扎实、成本控制最好、交付最稳定的几家。
毕竟，not all wafers are made equal，即便都是12英寸，都通过了大厂验证，同一家大厂本身就会将产能同时分配给12nm以上的成熟制程和12nm以下的先进制程。我打算在之后的文章里展开来说，到底哪些芯片才真的乘上了AI的东风。
我们先把视角停在硅片这里。再往后走，才真正进入半导体产业最烧钱、也最能体现技术壁垒的部分。不想错过下一篇的话，就先关注吧。如果觉得还不错，请在下方点赞、点🤍、转发支持。你的每一次分享，都在引导微信的算法认为这是一个优质的公众号，激励我继续创作。
市场数据截至2026年4月16日
封面配图来源：Wallpaper Flare
